Enhanced Performance of Self-Powered Ga2O3/ZnO:V Heterojunction Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors by Coupling Ferroelectricity and Piezoelectricity

材料科学 光电探测器 响应度 异质结 紫外线 铁电性 压电 电场 光电效应 光电子学 波段图 比探测率 电介质 复合材料 量子力学 物理
作者
Hongbin Wang,Jiangang Ma,Yurui Han,Peng Li,Weizhen Liu,Bingsheng Li,Haiyang Xu,Yichun Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 35293-35302 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsami.4c04747
摘要

Ferroelectric materials have aroused increasing interest in the field of self-powered ultraviolet (UV) photodetectors (PDs) for their switchable spontaneous polarization. However, the utilization of ferroelectric materials to modulate the built-in electric field and energy band at the junction interface has rarely been investigated. Herein, we design and fabricate self-powered solar-blind UV PDs based on a Ga2O3/ZnO:V heterojunction. The performance of the Ga2O3/ZnO:V PD is significantly enhanced through the reasonable coupling of ferroelectricity and piezoelectricity within the ZnO:V film. The device at 260 nm exhibits excellent photoelectric properties with high peak responsivity of 64.5 mA/W, a specific detectivity of 3.8 × 1010 Jones, and a rise/decay time of 1.9/45.2 μs, together with reproducibility and stability. Systematical energy band diagram analysis reveals that the excellent performance of Ga2O3/ZnO:V PD can be attributed to the driving forces arising from the addition of the depolarization field and piezoelectric field, which increases the intensity of built-in electric field and promotes the separation and transport of photogenerated carriers at the heterojunction interface. The findings of our research provide a novel avenue and valuable guidance for the design of high-performance self-powered photodetectors.
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